[發明專利]大口徑凸高次非球面的檢測系統

有效

• 申請號: 201310303322.9
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103335610A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 范斌;閆鋒濤;侯溪;陳強;萬勇建;伍凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明屬于先進光學制造與檢測領域，涉及光學檢測方法，特別涉及大口徑凸高次非球面檢測方法。

技術背景

與傳統光學球面相比，非球面在矯正像差方面有很大的優勢，往往一塊非球面鏡可以替代多塊球面鏡的作用，大大減小了整個光學系統單元的數量和重量，例如美國在本世紀初提出的“國家點火裝置”NIF(National?Ignition?Facility)中，大口徑非球面具有較大的應用比例；空間光學、天文等學科的發展，越來越依賴于大口徑光學設備，而大口徑非球面元件已經成為起支撐作用的關鍵部件。隨著科學技術及現代光學系統的發展其所需的凸高次非球面鏡口徑越來越大。大口徑凸高次非球面鏡的制造需要相應的檢測技術，然而，對大口徑及超大口徑凸高次非球面進行高精度定量檢測仍然存在著巨大的挑戰。

在大口徑凸高次非球面的粗拋光階段，由于面形精度不高，采用現有的三坐標測量機及其它檢測系統可以進行檢測，在精拋光加工階段，常用的檢測方法有入射補償器法和掃描法等。入射補償器法屬于非球面的法線像差補償檢驗，它通過設計一組有球差補償器組，使其產生的球差與非球面的法線像差正好大小相等，符號相反。所需的補償器組的口徑略大于凸高次非球面，這對補償器組材料的均勻性提出了較高的要求，且大口徑補償器組在實際制造中存在較大困難，口徑大于1m時更是難于實現。掃描法類似于三坐標檢測，在測試過程中，測試光束對整個測試面進行掃描，得到表面傾斜角的連續變化，最后計算出個測試點的高度變化值，得到被測鏡面的面形信息。

目前國內外主要采用的補償器檢測方法包括：背部球面工藝法、反射補償器法、非球面樣板法和計算全息法。隨著被測大口徑凸高次非球面口徑增大，背部球面工藝法對材料均勻性的苛刻要求難以實現，反射補償器法需要制造大口徑的高精度非球面反射鏡，非球面樣板法需要制造與被測凸高次非球面口徑相當的高精度非球面透鏡，計算全息板法需要大型的激光直寫設備刻劃全息板；并且補償器檢測法中對補償器裝調精度也提出了跟高的要求，使得這些檢測技術在檢測大口徑凸高次非球面時存在一定困難，其應用受到了一定的限制。

法國Reosc采用非球面樣板法檢測大口徑凸高次非球面鏡。非球面樣板法通過制造一塊口徑略大于被測凸高次非球面鏡口徑的非球面樣板實現零檢驗，該方法中由于測試光要透射過非球面樣板，所以對樣板的材料均勻性要求很高，同時制造和標定這樣的非球面樣板也存在相當大的挑戰。由于德國Schott可以給法國提供大尺寸高均勻性的光學材料，同時法國的Reosc具有高精度加工設備和很強的非球面透鏡加工能力，這是法國能夠成功使用該檢測方法的重要條件。但是對于口徑超過1米的凸高次非球面使用此方法檢測難度會急劇增加。

美國SOML實驗室采用全息樣板法檢測大口徑凸高次非球面鏡，檢測中使用的計算全息板口徑略大于被測次鏡，計算全息板靠近被測次鏡從而實現零檢驗。該檢測方法中的計算全息板的制作要通過專用的大型激光直寫設備把計算全息圖刻劃在球面上以產生與被測高次非球面面形一致的檢測波前，同時需要一塊大口徑非球面主鏡與球面次鏡組成照明系統。制造如此大的計算全息難度系數很高。

美國SOML實驗室考慮到大口徑計算全息版和非對稱全息版制造的困難，提出將子孔徑拼接方法引入到凸非球面的檢測中，在抗震菲索型干涉儀的基礎上擴展一個帶有非球面樣板的輔助光學系統組成口徑1米級的抗振菲索型干涉儀，一次檢測次鏡面形的局部區域，最后通過拼接處理得到次鏡全口徑面形信息。該方法同樣要制造大口徑非球面透鏡作為補償器件，并且一個補償器基本只能檢測一種類型的非球面，檢測成本高。